[发明专利]一种小型定桨距风力发电机辅助限速系统及方法

说明书

本发明实施例提供了一种小型定桨距风力发电机辅助限速系统及方法，所述系统包括：电磁限速装置、不控整流供电装置和智能控制开关，电磁限速装置设置在风轮机和发电机之间；不控整流供电装置与发电机连接，通过智能控制开关为电磁限速装置供电。所述方法包括：不控整流供电装置获取发电机的部分交流电，通过智能控制开关为电磁限速装置供电；智能控制开关测量并判断不控整流供电装置的输出电压大于或等于电压阈值，则智能控制开关闭合；电磁限速装置通电并产生磁场，进一步产生电磁限速制动力矩，消耗风轮机吸收的部分风能，降低发电机转子轴的转速。本发明实施例实现了风力发电系统过风速保护功能，保证其在一定程度的过风速环境下能正常发电。

技术领域

本发明实施例涉及风力发电技术领域，具体涉及一种小型定桨距风力发电机辅助限速系统及方法。

背景技术

风能因其绿色环保、分布广泛以及能源丰富等特性，成为了世界各国重视的新能源之一。对于一些边远山区、农牧区的用电问题，风力发电技术的发展提供了一个良好的解决方法。但在自然条件下，风速风向存在很大的随机性，大风天气带来的过风速容易造成风力系统的输入功率过高，使得风机与发电机转子轴转速过快，造成风轮机的飞车失控、烧毁发电机与整流控制电路、损坏蓄电池，甚至导致机械部件脱落等严重后果。

因此，若能在过风速时有效地限制风轮机与发电机的转子轴转速，则不仅能避免转子轴转速过快带来的严重损害，还能使风力发电系统正常地运行在过风速区间上，提高风力发电系统的风速利用区间上限，增加风电系统发电量，增大风能利用率。因此在风力发电系统的应用过程中，研究过风速下，限制风力发电系统转子轴转速的技术方法很有必要。现有技术中，小型风机的限速方式主要包括三种，一种是机械制动限速：常用的机械制动限速方式是通过减小风轮的有效迎风面积，达到减小吸收风能的效果，进而完成对系统的限速功能，其主要包括有两种方式：(1)以某种机构使风轮偏离风向；(2)以某种机构改变风轮叶片桨距角。其中，定桨距风力发电机的结构特性使其无法通过采用改变风轮叶片桨距角的方法，一般只有变桨距风力发电机，才可以通过改变风轮叶片桨距角，来实现降低风机的转速。而方法(1)采用改变风轮迎风方向的结构，其特点是小型风机的机头或某个部件处于动态支撑状态，长期运行导致的机械磨损也会增大装置的配合间隙，导致保护滞后、失效以及剧烈的震动。并且偏航系统的设置也往往价格不菲，且复杂、故障率高，维护的专业要求更高。另一种是电阻制动：电阻制动限速方式是指当风力发电机转速超过阀值时，计算当前转速下最大反向制动力矩对应的电阻，并通过调节并联电阻值实现对风机的转速控制。当采用改变并联电阻数量的方法，来调节电阻负载时，其具有调节简单，可靠性高的优点；但当并联电阻投入工作进行限速时，发电机的绕组电流也会增大，这加重了发电机的电流负担，同时发电机绕组电流的限制也缩小了电阻制动的调节范围。还有一种是摩擦限速：摩擦制动限速方式是在系统中安装刹车摩擦片、制动臂或液压装置，电开关根据风速信号完成开合动作，实现对刹车制动臂、摩擦片或液压装置的控制，达到限速制动的效果。这种方法采用的摩擦部件磨损较快，制动过程中部件间的接触也会引起震动。而其中液压限速制动法的成本也较高，维护周期短，同时液压刹车的适用温度范围也有限。

因此，如何提出一种方法，能够在不显著影响风力发电系统各部件基本布局的情况下，当风速过大时能有效地降低风力发电系统转子轴的转速，保证风力发电系统在风速过大时仍能正常工作，成为亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明实施例提供一种小型定桨距风力发电机辅助限速系统及方法。

一方面，本发明实施例提供一种小型定桨距风力发电机辅助限速系统，包括：电磁限速装置、不控整流供电装置以及智能控制开关，所述电磁限速装置设置在风轮机和发电机之间，通过产生电磁限速制动力矩来降低所述发电机转子轴的转速；所述不控整流供电装置与所述发电机连接，将发电机的部分交流电整流成直流电，并通过所述智能控制开关为所述电磁限速装置供电。

另一方面，本发明实施例提供一种应用风力发电机辅助限速系统进行风力发电机辅助限速的方法，包括：